Schaltungsan ordnung mit Magnetverstärker Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit Magnetverstärker. Solche Verstärker besitzen in der Regel zwei oder drei Wicklungen. Bei einer bekannten Schaltungsanordnung für einen sogenann- ten Parallelmagnetverstärker ist eine dieser Wick lungen an einer Treibimpulsquelle angeschlossen, welche Impulse in konstanten Abständen liefert, die im Kern einen magnetischen Kraftfluss in einer bestimmten Richtung erzeugen.
Eine zweite Wicklung von entgegengesetztem Wicklungssinn ist an eine Signalquelle angeschlossen, welche zu irgendeinem Intervall zwischen zwei Treib- impulsen ein Signal liefert. Dadurch wird ein magnetischer Kraftfluss erzeugt, der eine entgegen gesetzte Richtung zu dem von einem Treibimpuls erzeu-ten Kraftfluss aufweist. Dies bewirkt eine Um- magnetisierung des Kernes. Der nächste Treibimpuls erzeugt dann einen Kraftfluss, welcher den Kern wieder in den ursprünglichen Magnetisierungszustand versetzt.
Die hierdurch bewirkte Kraftflussänderung induziert nun in einer dritten Wicklung ein Aus gangssignal. Wenn nun aber der Treibimpuls nicht genügend gross ist, um den Kern von einem maxi malen Magnetisierungszustand in den andern maxi malen Magnetisierungszustand zu schalten, so ist die Kraftflussänderung und somit das in der dritten Wicklung induzierte Ausgangssignal unerwünscht klein.
Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Wickluna, an eine Treibimpulsquelle angeschlossen ist, welche Impulse liefert, die jeweils einen magneti schen Kraftfluss in einer vorbestimmten Richtung erzeugen, und dass eine zweite Wicklung an eine Signalquelle angeschlossen ist, welche Signale lie fert, die jeweils auch einen Kraftfluss in der glei- chen vorgenannten Richtung erzeugen, um eine vollständige Ummagnetisierung des Kernes zu ge währleisten.
Diese Schaltungsanordnung bewirkt also, dass sich die Wirkungen des Treibimpulses und des Signals addieren.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Be schreibung und der begleitenden Zeichnungen bei spielsweise erläutert. Von diesen zeigt: Fig. <B>1</B> eine idealisierte Hysteresisschleife eines magnetischen Materials.
Fig.2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels in der Form einer Schaltungs anordnung mit Serie-Magnetverstärker.
Fig. <B>3<I>(A</I></B> bis<B>D)</B> sind Wellenformen, die die Arbeitsweise der in Fig.2 dargestellten Schaltungs anordnung zeigen.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Ausfführungsbeispiels in der Form einer Schaltungsanordnung mit Parallel-Magnetverstärker.
Fig. <B><I>5 (A</I></B> bis<B>E)</B> sind Wellenformen, die die Arbeitsweise der in Fig. 4 dargestellten Schaltungs anordnung zeigen.
Kerne von Magnetverstärkern können aus einer Reihe von Materialien bestehen, zu denen die ver schiedenen Arten von Ferriten, z. B. Orthonik und 4-79 Moly-Permalloy , gehören. Diese Materialien können Wärmebehandlungen unterworfen werden um die verschiedenen gewünschten Eigenschaften zu erzeugen. Die Kerne können auch verschiedene For men aufweisen.<B>So</B> können z. B. Schalenkerne, To- roidkerne oder Kerne verwendet werden, die aus geschichteten Streifen bestehen. Die schematische Darstellung der Kerne in den Fig. 2 und 4 kann als eine Seitenansicht von Ringkernen angesehen werden.
Die entsprechende Hysteresisschleife in Fig. <B>1</B> hat verschiedene Betriebspunkte, nämlich: Punkt <B><I>10</I></B> (+Br), der einen Plus-Remanenz-Punkt darstellt; Punkt<B>11</B> (+Bs), der Plus-Sättigung darstellt; Punkt 12 (-Br), der Minus-Remanenz darstellt; Punkt<B>13</B> (-Bs), der Minus-Sättigung darstellt; Punkt 14, der den Beginn des Plus-Sättigungsgebietes darstellt;
und Punkt<B>15,</B> der den Beginn des Minus-Sätti- gungsgebietes darstellt.
Bei der Betrachtung der Arbeitsweise eines Magnetverstärkers mit einem Kein, der eine Hyste- resisschleife gemäss Fig. <B>1</B> besitzt, sei zunächst an genommen, dass eine Wicklung um den Kern läuft. Wenn der Kern anfänglich bei seinem Betriebs punkt<B>10</B> (Plus-Remanenz) steht und der Kern dann durch einen an die Wicklung angelegten Impuls veranlasst wird, sich zum Betriebspunkt<B>11</B> zu be wegen, wird eine verhältnismässig geringe Kraft- flussänderung erzeugt; die Wicklung zeigt eine rela tiv niedrige Impedanz.
Wenn hingegen der Kern sich anfänglich bei seinem Minus-Remanenz-Punkt 12 befindet und dann veranlasst wird, sich von diesem Punkt aus in das Gebiet der Plus-Sättigung, vorzugsweise zum Punkt 14, zu bewegen, dann findet eine relativ kräftige Änderung des Kraftflusses statt, die Wicklung weist eine relativ hohe Impedanz auf.
In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnunor mit einem Nichtkomplementär-Serie-Magnetverstärker als Bei spiel der vorligenden Erfindung dargestellt. Dieser Verstärker weist einen Kern 20 aus magnetisier- barem Material auf, das vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise eine Hysteresisschleife von der Fig. <B>1</B> gezeigten Art besitzt. Der Kern 20 besitzt eine Treib- oder Ausgangswicklung 21 und eine Signal- Eingangs-Wicklung 22.
Ein Ende der Ausgangs wicklung 21 ist mit einer Quelle verbunden, die regelmässig erfolgende positive und negative Treib- impulse an eine Klemme<B>23</B> anlegt. Diese Treib- ünpulse können von der in Fig. <B>3A</B> gezeigten Art sein. Das andere Ende der Ausgangswicklung 21 ist über einen Gleichrichter<B>Dl</B> mit einem Ausgangs punkt 24 verbunden. Ein Reststroraunterdrücker, der eine Diode<B>D2</B> und einen Widerstand Rl auf weist, dessen Wirkungsweise noch beschrieben wird, ist mit der Erde bzw. einer Quelle mit negativem Potential -V verbunden.
Ein Ende der Signal-Eingangswicklung 22 ist über eine Diode<B>D3</B> mit einer Eingangsklemme<B>25</B> und das andere Ende der Eingangswicklung 22 über die Diode D4 und über eine Sperrstufe<B>27</B> mit einer Taktimpulsquelle <B>26</B> verbunden. Diese Sperrstufe<B>27</B> wird ihrerseits gesteuert durch die Eingangssignale, die an der Klemme<B>25</B> erscheinen. Das obere und das untere Ende der Eingangswick lung 22 sind abwechslungsweise geerdet durch Gleich richter<B>D5</B> und<B>D6</B> und Widerstände R2 und R3, die, wie abgebildet, zwischen Quellen negativen Po tentials -V, der Erde und den entgegengesetzten Enden der Wicklung 22 eingeschaltet sind.
<B>C</B> Der Wicklungssinn der Wicklungen 21 und 22 ist so gewählt, dass ein an der Eingangsklemme<B>25</B> erscheinendes positives Eingangssignal (B, Fig. <B>3)</B> bewirkt, dass ein Strom durch die Spule 22 in einer Richtung fliesst, die einen Kraftfluss erzeugt, der jenen, der durch die der Wicklung 21 erteilten Treib- impulse <B>(A,</B> Fig. <B>3)</B> bewirkt wird, unterstützt.
An derseits erzeugt der Strom, der dank der Takt impulse (Fig. <B>3C)</B> von der Quelle<B>26</B> über die Sperr stufe<B>27</B> und die Diode D4 durch die Wicklung 22 fliesst, im Kern einen Kraftfluss, der dem durch Erteilung von Treibimpulsen an die Spule 21 er zeugten Kraftfluss entgegengesetzt ist.
Der Serie-Verstärker von Fig. 2 ist ein Nicht- komplementär-Verstärker, bei dem an der Klemme 24 kein Ausgang erscheint, wenn ein Eingangssignal an der Klemme<B>25</B> fehlt. Es können jedoch in über- einstimmung mit der vorstehenden Darstellung eben- sogut komplementäre Serien-Magnetverstärker vor gesehen werden.
Die Arbeitsweise des in Fig. 2 dargestellten Ver stärker sei nun anhand der Fig. <B>3</B> beschrieben. Wenn wir zunächst annehmen, dass der Kern 20 si bei seinem Minus-Remanenz-Punkt 12 befin det, dann wird ein positiver Treibimpuls<B>A,</B> der z. B. während des Zeitintervalls t2-t3 an der Klemme<B>23</B> erscheint, den Kern 20 aus dem Minus- Remanenz-Punkt 12 zum Plus-Remanenz-Punkt 14 schalten.
Ist der positive Treibimpuls<B>A</B> von un genügender Intensität, erfolgt keine vollständige Ummagnetisierung; es wird ein Remanenzpunkt, z. B. Punkt<B>16,</B> erreicht werden, der zwischen den Punkten 12 und 14 liegt.
Während des nächstfolgenden Zeitabschnitts, nämlich von t3 bis t4, wird von der Taktimpuls- quelle <B>26</B> über die Sperrstufe<B>27</B> und die Diode D4 dem untern Ende der Eingangswicklung 22 ein Taktimpuls<B>C</B> abgegeben. Dieser Impuls hebt wäh rend des Zeitabschnittes t3 bis t4 das untere Ende der Wicklung 22 über das Erdpotential und be wirkt, dass ein Strom durch die Wicklung 22 zu ihrem oberen Ende fliesst, das durch die Diode<B>D5</B> und den Widerstand R2 mit dem Erdpotential ver bunden ist.
Dieser vom Taktimpuls<B>C</B> bewirkte Stromfluss durch die Wicklung 22 erzeugt während des Zeitintervalls t3 bis t4 einen Kraftfluss, der jenem entgegengesetzt ist, der durch den Treib- impuls <B>A,</B> welcher der Klemme<B>23</B> während des Zeitintervalls t2 bis t3 erteilt wurde, erzeugt w-ird und bewirkt, dass der Kern 20 in das Gebiet seines Minus-Remanenz-Punkts 12 zurückgeführt wird.
Taktimpi-,Ise <B>C,</B> die dem unteren Ende die Ein gangswicklung 22 zugeführt werden, sorgen somit dafür, dass der Kern 20 in einem keinen Ausgang erzeugenden Zustand verharrt.
Im Zeitintervall t4 bis t5 spielen sich die glei chen Vorgänge ab<B>.</B> wie im Zeitintervall t2 bis t3. <B>Je</B> nachdem, ob der Kein in diesem Zeitintervall vollständig oder teilweise unimagnetisiert wurde, befindet er sich im Punkt 14 oder einem Punkt unterhalb diesem, z. B. im Punkt<B>16.</B> Wird nun der Klemme<B>25,</B> z.
B. während eines Zeitintervalls t5 bis t6 ein positiver Eingangsimpuls zugeführt (Impulszug B), dann ist dieser Impuls an die Sperr stufe<B>27</B> gelegt, die die Zuführung eines Taktimpul ses von der Klemme<B>26</B> her über die Diode D4 verhindert; er geht über die Diode<B>D3</B> an das obere Ende der Wicklung 22, wobei er dieses Ende der Wicklung 22 über das Erdpotential hebt und be wirkt, dass ein Strom durch die Wicklung 22 zu ihrem untern Ende fliesst, das durch den Wider stand R3 und die Diode<B>D6</B> mit dem Erdpotential verbunden ist.
Der so durch die Erteilung eines posi tiven Signaleingangs an der Klemme<B>25</B> bewirkte Stromfluss durch die Wicklung 22 erzeugt eine ma- gnetomotorische Kraft im Kern 20 in der gleichen Richtung wie jene, welche dem Kern durch einen positiven Treibimpuls während des Zeitintervalls t4 bis t5 erteilt worden war. Sollte damals der positive Treibimpuls nicht eine vollständige Ummagnetisie- rung des Kernes 20 erreicht haben, oder, mit an deren Worten, hat der Kern 20 nicht den positiven Remanenzpunkt <B>10,</B> sondern nur z.
B. einen Rema- nenzpunkt <B>16</B> erreicht, so wird jetzt der Kern 20 zum Sättigungspunkt<B>11</B> getrieben, von welchem er dann zwangläufig am Ende des Zeitintervalls t5 bis t6 auf den positiven Remanenzpunkt <B>10</B> zurück fällt. Es besteht somit Gewähr für eine vollständige Ummagnetisierung von Kern 20. Infolgedessen, wenn im folgenden Zeitintervall t6 bis t7 ein posi tiver Treibimpuls an der Klemme<B>23</B> erscheint, weist die Wicklung 21 eine relativ niedere Impedanz auf.
Es fliesst also praktisch die gesamte Energie des Treibimpulses<B>A</B> durch die Wicklung 21 zur Aus- gangsklenime 24 (Impulszug<B>D).</B>
Sollte während des Zeitintervalls t7 bis t8 kein weiteres Eingangssignal (B) an der Klemme<B>25</B> erscheinen, so tritt in diesem Intervall wieder ein Taktimpuls<B>C</B> über die Sperrstufe<B>27</B> und die Diode am unteren Ende der Wicklung 22 auf und schaltet den Kern 20 aus seinem Plus-Remanenz- Punkt <B>10</B> in das Gebiet des Minus-Remanenz- Punktes 12. Die Einrichtung verharrt son:rit in einem ausgangsfreien Zustand (Impulszug<B>D,</B> Fig. <B>3),</B> wenn nicht an der Eingangsklemme<B>25</B> ein neuer Ein gangsimpuls empfangen wird.
Es ist zu beachten, dass noch gewisse Anforde rungen bezüglich der verwendeten Treibimpulse zu befriedigen sind. Die Zuführung eines Taktimpulses <B>C</B> über die Sperrstufe<B>27</B> erzeugt einen Eingangs impuls, der in der Diode D4 und die Wicklung 22 fliesst, wodurch in der Ausgangswicklung 21 eine Spannung induziert wird, die an der Anode des Ausgangs-Gleichrichters <B>Dl</B> positiv ist. Die der Klemme<B>23</B> zugeführten Treibimpulse sollten daher negativ gerichtete Abschnitte von genügend grosser Amplitude besitzen, um den Gleichrichter<B>Dl</B> wäh rend der Erteilung von Taktimpulsen<B>C</B> an den Gleichrichter D4 zu sperren.
Wenn die Wicklung 22<B>N</B> Windungen und die Wicklung 21<B><I>KN</I></B> Win dungen besitzt und wenn ferner die zum Ummagneti- sieren des Kerns 20 benötigte Spannung der Wick lung 22<B>E</B> Volt beträgt, dann beträgt die in der Wicklung 21 induzierte Spannung KE Volt und die Treibimpulse<B>A</B> müssen negative Ausschläge von mindestens KE Volt besitzen.
Die positiven Aus schläge der der Klemme<B>23</B> zugeführten Impulse können jedoch irgendeinen Wert zwischen Null und KE Volt besitzen, weil der Verstärker nicht mehr auf die positive Amplitude der Treibünpulse <B>A</B> zum Ummagnetisieren des Kerns 20 angewiesen ist. Unter manchen Betriebsbedingungen werden daher die in Fig. <B>3A</B> dargestellten Treibimpulse asymmetrische Form aufweisen, mit negativen Am plituden von mindestens KE Volt und positiven Amplituden von weniger als KE Volt.
Es muss in diesem Zusammenhang noch erwähnt werden, dass wenn ein positiver Treibimpuls be wirkt, dass der Kein 20 aus seinem Minus-Remanenz- Punkt 12 in den Plus-Remanenz-Punkt <B>10</B> verscho ben wird, eine Kraftflussänderung in der Wicklung 21 hervorgerufen wird.
Diese K raftflussänderling in der Wicklung kann ihrerseits bewirken, dass ein kleiner Ausgang an der Klemme 24 erscheint, wenn er nicht unterdrückt wird, und dieser kleine Aus gang wird gewöhnlich als Kriech-Ausgang be zeichnet.
Durch die Anordnung der Diode<B>D2</B> und des Widerstands Rl werden indessen solche Kriech- Ausgänge unterdrückt, und diese Unterdrückung wird dadurch erreicht, dass die Stärke des Wider stands Rl so gewählt wird, dass normalerweise ein Strom von der Erde durch die Diode<B>D2</B> und den Widerstand Rl zur Quelle des negativen Potentials -V fliesst, welcher Strom gleich stark oder stärker ist als der zu unterdrückende Kriechstrom.
Infolge dieser Anordnung können daher nur wesentlich stärkere Ausgänge als der Kriech-Ausgang an der <U>Klemme</U> 24 erscheinen.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Schaltungsanordnung mit einem Parallel-Magnetverstärker trägt der Kern 40 eine Vielzahl von Wicklungen, nämlich die Speise wicklung 41, die Signalsperrwicklungen 42, die Signaleingangswicklung 43 und die Ausgangswick lung 44. Eine Quelle von regelmässig erfolgenden positiven und negativen Treibimpulsen (Impulszug <B><I>A,</I></B> Fig. <B>5)</B> ist von einer Klemme 45 aus über einen Gleichrichter<B>D7</B> mit dem oberen Ende der Speise wicklung 41 verbunden und das untere Ende der Wicklung 41 ist geerdet.
Das obere Ende der Wick lung 42 ist ebenfalls geerdet und das untere Ende derselben ist über einen Gleichrichter<B>D8</B> mit einer Signal-Eingangsquelle 46 verbunden. Die Signal- Eingangsquelle 46 ist ferner über einen weiteren Gleichrichter<B>D9</B> mit dem oberen Ende der Signal- Wicklung 43 verbunden und das untere Ende dieser Wicklung 43 ist an eine Quelle 47 von regelmässig erfolgenden positiven Sperrimpulsen (Impulszug B, Fig. <B>5)</B> angelegt.
Das obere Ende der Ausgangs- Wicklung 44 ist über einen Gleichrichter<B>D10</B> mit einem Ausgangspunkt 48 verbunden, wodurch ein Ausgang durch eine Belastung RL erscheinen kann, und das untere Ende der Ausgangswicklung 44 ist mit einer Quelle 49 von Sperrimpulsen (Impulszug <B><I>C,</I></B> Fig.5,# verbunden. Die dem Verstärker über die Klemme 45 zugeführten Treibimpulse (Impulszug <B><I>A,</I></B> Fig.5) können regelmässig erfolgende positiv und necrativ gerichtete Impulse mit einer Null-Basis sein.
Die Sperrimpulse, die von den Klemmen 47 und 49 abgegeben werden, enthalten positive Im pulse, die mit den positiven Treibirnpulsen an der Klemme 45 synchronisiert sind, und diese Sperr impulse werden verwendet, um während passenden Zeitintervallen Eingangswicklung von der Treib- impulsquelle und die Ausgangswicklung von der Signahmpulsquelle zu trennen. Es ist zu beachten, dass die Anordnung von Fig.4 mit einem Signal impuls (Impulszug<B>D,</B> Fig. <B>5),</B> das zwei Niveaus be sitzt, arbeitet, wovon das eine negativ und das an dere positiv ist.
Die Arbeitsweise des in Fig. 4 dargestellten Ver stärkers sei nun anhand der Fig. <B>5</B> beschrieben. Es sei zunächst angenommen, dass der Kern 40 in sei nem +Br-Punkt <B>10</B> steht. Das Anlegen eines posi tiven Treibimpulses während beispielsweise der Zeit intervalle t2 bis t3 oder t4 bis t5 bewirkt lediglich, dass der Kern 40 vom Punkt<B>10</B> zum Punkt<B>11</B> geht, um dann wieder zwangläufig auf den Plus-Remanenz- Punkt <B>10</B> zurückzufallen.
Es entsteht daher eine relativ schwache Kraftflussänderung im Kein, so dass an der Ausgangsklemme 48 kein brauchbarer Aus gang entsteht. Der Plus-Remanenz-Punkt <B>10</B> ist also in diesem Fall ein Betriebspunkt, bei dem der Ver stärker beim Anlegen eines Treibimpulses keinen wesentlichen Ausgangshnpuls erzeugt.
Wenn während eines Zeitintervalls t5 bis t6 das der Klemme 46 zugeführte Eingangssignal (Impuls zug<B>D,</B> Fig. <B>5)</B> positiv gerichtet ist, fliesst ein Strom von der<U>Klemme</U> 46 durch die Diode<B>D9</B> und die Wicklung 43 zur Klemme 47, die jetzt Erdpoten- tial hat .(Impulszug B, Fig.5). Dieser Stromfluss durch die Wicklung 43 während des Zeitintervalls t5 bis t6 bewirkt, dass der Kern 40 von seinem Plus-Remanenz-Punkt <B>10</B> in seinen Minus-Remanenz- Punkt 12 springt.
Das Anlegen des nächsten<B>posi-</B> tiven Treibimpulses (Impulszug<B>A,</B> Fig. <B>5)</B> an die Klemme 45, z. B. während des Zeitintervalles t6 bis t7, bewirkt, dass der Kern 40 aus seinem Minus- Remanenz-Punkt 12 in Richtung zum Punkt 14 bewegt wird. Da gleichzeitig am Signaleingang 46 eine negative Spannung (Impulszug<B>D,</B> Fig. <B>5)</B> an liegt, kann ein Strom von der Erde über Wicklung 42 zum Signaleingang 46 fliessen. Der dadurch er zeugte Kraftfluss unterstützt jenen, der vom Treib- impuls in der Wicklung 42 bewirkt wird.
Somit ent steht eine wesentliche Änderung des Kraftflusses in der Ausgangswicklung 44 und ein kräftiges Aus gangssignal erscheint an der Belastungsünpedanz RL an der Ausgangsklemme 48, auch wenn der Treibimpuls relativ schwach war.
Falls während des Zeitintervalls t7 bis t8 kein weiteres positives Signal an der Klemme 46 er scheint, bewirkt das der Klemme 46 zugeführte negative Signal wiederum, dass ein Strom durch die Wicklung 42 fliesst, wodurch eine magnetomotori- sche Kraft erzeugt wird, welche jene unterstützt, die durch den während des Zeitintervalls t6 bis t7 der Klemme 45 zugeführten Treibirnpuls erzeugt wird<B>'</B> und der Kern wird veranlasst, wiederum zu seinem Remanenzpunkt <B>10</B> zurückzukehren.